| 研究課題/領域番号 |
21H01616
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 熊本大学 (2022-2023)
東京工業大学 (2021) |
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研究代表者 |
白石 貴久 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 准教授 (50758399)
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| 研究分担者 |
木口 賢紀 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (70311660)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | ドメイン構造 / 鉛系強誘電体 / 低温成膜 / トレードオフ / 圧電特性 / 誘電特性 / その場測定 / (K,Na)NbO3基膜 / 組成拡張 / 圧電性 / 誘電性 / マルチスケール解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、e31とεrの独立制御法を確立し、センサやハーベスタとしての性能を表す指数(FOM)が飛躍的に向上した強誘電体を創出することを目的とする。そのために、水熱製膜内のドメイン構造をマルチスケール解析により解明し、e31とεrへのドメインの寄与を“温度と電界を用いたその場測定”により理解することで、『なぜe31とεrの関係は破れたのか』という学術的問いへの学理を究明する。また、学理が他の強誘電体に応用可能であるかを検討することで、普遍的な材料設計指針を提案する。
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| 研究実績の概要 |
当該年度では、圧電性と誘電性のトレードオフ関係が他の材料系でも発現するのかについて明らかにすることを目的としている。そこで、強誘電体の中で最も実用されており、300℃近傍にキュリー温度を持つPb(Zr,Ti)O3膜を対象とした。
水熱法により240℃以下の温度でPb(Zr,Ti)O3膜を作製することで、前年度まで対象としていた(K,Na)NbO3膜と同様の“トレードオフ関係の破れ”に起因する強誘電性ヒステリシスループと圧電応答カーブが観測され、ループのシフト状況から自己分極状態であることも分かった。これより、キュリー温度以下での成膜による特異なドメイン構造が起因していると推測された。
そこで、X線回折測定および透過電子顕微鏡観察により、低温成膜されたPbTiO3膜のドメイン構造を解析したところ、相転移を経由した膜とは異なる正方晶相由来のドメイン構造を形成していることが明らかとなった。また、成長方位を変化させることで、膜/基板界面で生じるミスフィットストレインが形成するドメインの選択に大きく寄与しているため、低温成膜特有のドメイン構造が形成したものと結論付けられた。
以上の結果より、相転移を経ない成膜プロセスにより、膜内に自己分極状態を実現することができれば、圧電性と誘電性のトレードオフ関係の打開が可能であると分かった。また、種々の強誘電体材料にも適応可能であることから、発電性能指数を増大させるための材料設計指針となり得る。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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